KR102444084B1 - 발광모듈의 조사 효율이 향상된 식물 공장 시스템 - Google Patents

발광모듈의 조사 효율이 향상된 식물 공장 시스템 Download PDF

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Abstract

식물 공장 시스템이 개시된다. 본 발명의 빛의 조사 효율이 향상된 식물 공장 시스템은, 상하 방향으로 연장 형성된 수직 프레임 및 상기 수직 프레임에 결합되고 상기 수직 프레임에 대해 수직한 방향으로 연장 형성된 수평 프레임을 포함하는 프레임부; 상기 수평 프레임의 상면에 배치되고, 식물이 생장하기 위한 물이 수용되는 받침부; 상기 받침부에 안착되고, 식물이 생장하기 위한 배양토가 수용되고, 상기 받침부에 수용된 물이 공급되도록 구성된 재배 포트; 식물이 생장하기 위한 빛을 상기 재배 포트를 향해 조사하도록 구성된 발광모듈; 및 상기 프레임부에 설치되고, 상기 발광모듈을 상기 상하 방향으로 이동시키도록 구성된 승하강 장치;를 포함하여 제공될 수 있다. 이외에도 다양한 실시예들이 제공될 수 있다.

Description

발광모듈의 조사 효율이 향상된 식물 공장 시스템{PLANT FACTORY SYSTEM WITH IMPOROVED IRRADIATION EFFICIENCY OF ILLUMINATING MODULE}
본 발명은 식물 공장 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광모듈이 상하 방향으로 이동됨으로써 제한된 공간 하에서 하나의 발광모듈을 통해서 다수의 재배 포트에서 생장하는 식물들에 대해 빛을 조사할 수 있는 식물 공장 시스템에 관한 것이다.
농업은 인류 생존에 필수적인 산업이지만, 혁신이 가장 느린 산업이기도 하다. 그러나, 근래에는 농업 생산 인구의 감소와 고령화로 인해 농업 기술 혁신에 대한 목소리가 커지고 있으며, 이에 부응하여 다양한 농업 방식이 제시되고 있다.
새롭게 제시되는 농업 방식의 대표적인 사례로는 식물 공장(plant factory)을 들 수 있다. 식물 공장은 기후나 계절의 영향을 받지 않는 시설 내에서 빛, 온도, 수분 등을 조절해 작물(또는 식물)에 최적의 조건을 제공함으로써 최대의 생산성을 얻는 새로운 농업 방식으로써, 많은 농업인들로부터 주목을 받고 있다.
그런데, 예비 농업인들과 같이 작물 재배 경험이 적은 재배자들은 식물 공장이 구축되더라도 이를 잘 활용하기 어렵다. 가령, 예비 농업인들은 작물의 상태 이상을 진단하지 못하고 그에 따른 적절한 조치를 내리기 어렵기 때문에, 식물 공장을 활용하여 상품성이 있는 고품질의 작물을 재배하기는 어렵다. 또한, 기존 농업인들의 경우에도 전통적인 농업 방식들을 사용하는 고령화된 인구들이 대부분이므로, 손쉽게 식물 공장과 같은 시설을 구축하기 어려운 문제점이 있다.
특히, 식물 공장은, 작은 공간 내에서 실재배 면적을 충분히 확보해야 하고, 실재배 면적이 확보되면 이에 대해 적절하게 생장할 수 있는 빛을 조사하는 장치들을 구비하여야 한다.
종래의 식물 공장 또는 식물 공장 시스템은, 생장하는 식물 또는 작물들에 대해 빛을 조사하기 위해 고정된 위치를 갖는 조사 장치를 가진 것들이 대부분이었다.
고정된 위치를 갖는 조사 장치는, 사용자 또는 농업인(이하, '사용자'라 함)이 재배를 하는 식물 또는 작물에 따라 적절한 빛을 조사하기 어려운 문제점이 있었고, 특히 재배하는 작물이 변경될 때 조사 장치의 위치를 변경하거나 또는 조사 장치를 추가로 구비해야 되는 문제점이 있었다.
아울러, 고정된 위치를 갖는 조사 장치로 인해, 조사 장치로부터 멀리 떨어지거나 또는 사각 지대에 있는 작물들에 빛을 조사하기 어려운 문제점이 있었고, 이를 해결하기 위해 과도하게 조사 장치를 설계해야 되므로, 식물 공장 시스템을 갖추고 농업을 시작하려는 사용자들에게 과도한 비용이 소모되는 문제점들이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-2272472호(2021년 06월 28일, 등록)
본 발명은 발광모듈의 조사 효율이 향상된 식물 공장 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명은 발광모듈의 열을 적절하게 냉각시킬 수 있는 수단을 포함하는 식물 공장 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명은 공장형 식물 재배 시설에 있어서 수직형으로 재배 포트를 복수 개로 설치함으로써 재배 공간의 이용을 극대화하며, 이에 더해 식물의 최적 성장 조건을 제공하도록 구성된 식물 공장 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 빛의 조사 효율이 향상된 식물 공장 시스템은, 상하 방향으로 연장 형성된 수직 프레임 및 상기 수직 프레임에 결합되고 상기 수직 프레임에 대해 수직한 방향으로 연장 형성된 수평 프레임을 포함하는 프레임부; 상기 수평 프레임의 상면에 배치되고, 식물이 생장하기 위한 물이 수용되는 받침부; 상기 받침부에 안착되고, 식물이 생장하기 위한 배양토가 수용되고, 상기 받침부에 수용된 물이 공급되도록 구성된 재배 포트; 식물이 생장하기 위한 빛을 상기 재배 포트를 향해 조사하도록 구성된 발광모듈; 및 상기 프레임부에 설치되고, 상기 발광모듈을 상기 상하 방향으로 이동시키도록 구성된 승하강 장치;를 포함하고, 상기 승하강 장치는, 상기 발광모듈을 상기 상하 방향으로 반복적으로 이동시킴으로써 상기 상하 방향으로 이격 배치된 복수 개의 상기 재배 포트에 대해 빛을 조사하도록 구성될 수 있다.
상기 받침부는, 상기 수평 프레임을 따라 연장 형성된 바닥부; 상기 바닥부의 적어도 일 부분에서 상기 바닥부의 다른 부분보다 함몰 형성된 제1 오목부; 상기 제1 오목부와 공간적으로 분리되도록 상기 바닥부에 형성되고, 상기 바닥부의 다른 부분보다 함몰 형성된 제2 오목부; 및 상기 바닥부의 양단에서 상방을 향해 연장 형성된 플랜지부;를 포함하고, 상기 재배 포트는, 바디부; 상기 바디부의 적어도 일 부분에서 상기 바디부의 다른 부분보다 함몰 형성된 포트부; 및 상기 포트부에 형성된 적어도 하나의 관통 홀로서, 상기 받침부에 수용된 물이 상기 포트부로 유입되도록 구성된 적어도 하나의 관통 홀;을 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 관통 홀은, 상기 포트부의 저면과 측면 사이의 모서리에 형성된 제1 관통 홀; 및 상기 포트부의 저면 중 적어도 일 부분에 형성된 제2 관통 홀;을 포함할 수 있다.
상기 재배 포트는, 상기 받침부에 대해 경사지도록 배치될 수 있다.
상기 받침부는, 상기 바닥부에서 돌출되도록 구성된 단차부; 및 상기 단차부와 상기 바닥부를 관통하도록 형성된 유통 홀;을 더 포함할 수 있다.
상기 승하강 장치는, 적어도 일 부분이 상기 프레임부에 회전 가능하게 지지되는 회전 축; 상기 회전 축의 일단에 연결되고, 상기 회전 축을 상기 회전 축의 축 방향으로 회전시키도록 구성된 액츄에이터; 상기 회전 축에 연결된 릴 유닛; 및 상기 릴 유닛에 감기거나 또는 상기 릴 유닛으로부터 인출되고, 상기 발광모듈에 연결된 라인 부재;를 포함할 수 있다.
상기 발광모듈은 LED 모듈로 구성되고, 상기 LED 모듈은, 플레이트; 상기 플레이트에 결합되는 회로 기판; 상기 회로 기판에 실장되고, 식물에 대해 빛을 조사하도록 발광되는 LED 소자; 상기 회로 기판과 상기 LED 소자를 커버하도록 구성된 커버부; 및 상기 플레이트의 내부를 경유하도록 구성되고, 내부에 냉각수가 유통되고, 상기 LED 소자로부터 발생하는 열을 냉각시키도록 구성된 냉각수 라인;을 포함할 수 있다.
상기 LED 모듈은, 해충 방지 구조;를 더 포함하고, 상기 해충 방지 구조는, 적어도 일 부분이 상기 플레이트에 삽입되고, 일측이 개방되도록 구성된 하우징; 상기 하우징의 내부에 수용되는 우루시올 함유물; 및 상기 하우징의 개방된 부분을 커버하고, 적어도 하나의 통공이 형성된 커버 부재;를 포함할 수 있다.
상기 냉각수 라인으로 냉각수를 공급하도록 구성된 저온 탱크; 및 상기 저온 탱크로 냉각수를 공급하도록 구성된 냉각 장치;를 더 포함할 수 있다.
상기 프레임부에 설치되고, 상기 재배 포트를 향해 냉각된 공기를 분사하도록 형성된 냉각 팬을 포함하는 쿨러;를 더 포함할 수 있다.
상기 쿨러 또는 상기 LED 모듈을 제어하는 제어부;를 더 포함하고, 상기 제어부는 사용자 디바이스와 통신 연결되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 식물 공장 시스템은, 발광모듈(또는 LED 모듈)이 상하 방향으로 이동됨으로써 수직 방향으로 서로 이격된 복수 개의 재배 포트에 대해 적절하게 빛을 제공 또는 조사할 수 있고, 이에 따라 적은 개수의 발광모듈을 통해서도 충분한 조사 효율이 확보됨에 따라 발광모듈의 설계 또는 설치 비용을 절감할 수 있고, 장기적으로는 적은 발광모듈을 사용함에 따라 전력 소모량이 급감함으로써 사용자에게 비용 절감의 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 식물 공장 시스템은, 재배 포트가 심지 재배 방식을 구현하는 구조를 가짐으로써 사용자가 기르고자 하는 작물에 대응하여 적절하게 재배 환경을 조절할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 식물 공장 시스템은, 제한된 공간 하에서 극대화된 실재배 면적을 확보할 수 있으므로 면적 대비 생산량이 극대화될 수 있는 차별화되는 효과를 갖는다.
본 발명의 식물 공장 시스템은, 재배하는 식물에 대해 최적의 성장 조건 또는 성장 환경을 제공할 수 있는 차별화되는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명의 식물 공장 시스템은, 수직형으로 복수 개의 재배 포트를 설치할 수 있는 구조를 제공함으로써, 제한된 공간 하에서 재배 공간의 이용을 극대화할 수 있는 차별화되는 효과를 갖는다.
도 1a 내지 도 1b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 식물 공장 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 식물 공장 시스템의 프레임부와 받침부를 나타낸 도면이다.
도 3a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 프레임부, 받침부 및 재배 포트를 나타낸 도면이다.
도 3b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 도 3a의 일부 영역을 확대한 확대도이다.
도 3c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 받침부와 재배 포트를 나타낸 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 재배 포트를 나타낸 사시도이다.
도 4b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 재배 포트를 도 4a와 다른 방향에서 바라본 사시도이다.
도 4c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 받침대를 나타낸 사시도이다.
도 5a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 발광모듈을 나타낸 도면이다.
도 5b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 도 5a의 A-A' 선을 절개한 단면도이다.
도 5c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 도 5a의 B-B' 선을 절개한 단면도이다.
도 5d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 플레이트와 냉각수 라인을 나타낸 단면도이다.
도 5e는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 플레이트와 냉각수 라인의 배치를 나타낸 도면이다.
도 5f는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 발광모듈의 해충 방지 구조를 나타낸 도면이다.
도 5g는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 해충 방지 구조의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 식물 공장 시스템의 냉각 시스템을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 주된 실시예에 따른, 받침부를 나타낸 도면이다.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명의 다른 실시예(또는 대안 실시예)에 따른, 받침부를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 식물 공장 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 식물 공장 시스템의 온도 컨트롤러를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 식물 공장 시스템의 쿨러를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른, 식물 공장 시스템을 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
본 명세서의 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 명확한 설명을 위해 과장된 것일 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용한 “제1”, “제2”등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. “및/또는”이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
이하에서 사용되는 용어 "상단", "하단", "상부", "하부" 등은 도면을 기준으로 정의한 것이며, 이 용어에 의하여 각 구성요소의 형상 및 위치가 제한되는 것은 아니다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시 예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시 예들 간에 중복되는 내용은 생략한다.
명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 장치'라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시 예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 장치'가 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 장치'가 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
도 1a 내지 도 1b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 식물 공장 시스템의 개략도이다. 도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 스마트팜 시스템의 프레임부와 물 받침부를 나타낸 도면이다. 도 3a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 프레임부, 받침부 및 재배 포트를 나타낸 도면이다. 도 3b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 도 3a의 일부 영역을 확대한 확대도이다. 도 3c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 받침부와 재배 포트를 나타낸 단면도이다. 도 4a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 재배 포트를 나타낸 사시도이다. 도 4b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 재배 포트를 도 4a와 다른 방향에서 바라본 사시도이다. 도 4c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 받침대를 나타낸 사시도이다.
도 1a 내지 도 4c를 참조하면, 식물 공장 시스템(100)은 프레임부(110), 재배 포트(120), 승하강 장치(130), 발광모듈(140) 및 받침부(150)를 포함할 수 있다.
프레임부(110)는 수직 프레임(111) 및 수평 프레임(112)을 포함할 수 있다.
수직 프레임(111)은 지면에 대해 수직한 방향 또는 상하 방향으로 연장 형성될 수 있다. 수직 프레임(111)은 식물 공장 시스템(100)의 기구적인 요소(예: 재배 포트(120) 또는 받침부(150))를 지탱하기 위한 기둥 또는 지주로서 정의 및 해석될 수 있다.
수평 프레임(112)은 수직 프레임(111)에 설치 또는 결합될 수 있다. 수평 프레임(112)은 수직 프레임(111)에 대해 수직한 방향 또는 지면에 대해 평평한 방향으로 연장될 수 있다. 수평 프레임(112)은 수평 프레임(112)의 상면에 받침부(150)가 배치될 수 있다.
수평 프레임(112)은 복수 개가 마련될 수 있다. 복수 개의 수평 프레임(112)은 수직 프레임(111)의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 상기 수직 프레임(111)에 설치될 수 있다. 본 발명은 복수 개의 수평 프레임(112)이 마련됨으로써, 복수 개의 수평 프레임(112) 각각에 받침부(150) 및 재배 포트(120)가 배치될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 식물 공장 시스템(100)은 제한된 공간 또는 협소한 공간에서 다수 개의 재배 포트(120)를 설치할 수 있으므로, 식물의 실제 재배면적을 충분히 확보할 수 있는 장점이 있다.
일 예로서, 수직 프레임(111)은 대략 3,600mm의 높이를 갖고, 수평 프레임(112)은 대략 330mm의 폭 및 대략 6,000mm의 길이를 가질 수 있고, 수직 프레임(111)에 대해 복수 개의 수평 프레임(112)(예: 10개 이상의 수평 프레임(112))이 설치될 수 있다. 일 예로서, 수직 프레임(111)과 수평 프레임(112)은 격자 구조를 형성할 수 있다. 도 1a 내지 도 1b에 도시된 바와 같이, 수직 프레임(111) 및 수평 프레임(112)이 결합된 프레임부(110)가 복수 개가 마련될 수도 있고, 도 2와 같이 수직 프레임(111) 및 수평 프레임(112)이 결합된 하나의 프레임부(110)가 다수 개의 공간(A1, A2, A3, A4)을 제공하는 결합 구조로 제공될 수도 있다.
도 1a 내지 도 1b는 개략도로서 받침부(150)가 도시되지는 않았으나, 도 2를 참조하면, 본 발명의 식물 공장 시스템(100)은 받침대(150)를 포함할 수 있다. 받침대(150)는 수평 프레임(112)의 상면에 배치 또는 결합될 수 있다. 받침대(150)는 수평 프레임(112)에 의해 지지될 수 있다. 받침대(150)는 받침대(150)가 형성하는 공간 또는 영역에 재배 포트(120)가 배치될 수 있다. 받침대(150)는 일 예로서, 대략 130mm의 폭, 대략 5400mm의 길이 또는 55mm의 높이를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 3c 및 도 4c를 참조하면, 받침대(150)는 저면 관수 또는 심지 재배가 가능하도록 물이 수용될 수 있다. 일 예로서, 받침대(150)는 바닥부(151), 바닥부(151)의 양단에서 상방을 향해 연장된 플랜지부(152) 및 바닥부(151)의 적어도 일 부분에서 바닥부(151)의 다른 부분보다 함몰 형성된 오목부(153)를 포함할 수 있다.
받침대(150)는 도 3c에 도시된 바와 같이 받침대(150)의 구조로 인해 형성된 공간 또는 영역에 물(W)이 수용될 수 있다. 받침대(150)는 재배 포트(120)가 설치 또는 안착될 수 있다. 재배 포트(120)에서 생장하는 식물은, 받침부(150)에 수용된 물을 공급받아 생장할 수 있다. 일 실시예에서, 받침대(150)는 바닥부(151) 및 플랜지부(152)에 재배 포트(120)가 경사지도록 설치, 안착 또는 배치될 수 있다. 일 예로서, 재배 포트(120)는 받침부(150)에 대해 약 70도 정도 경사지도록 배치될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 예를 들어, 재배 포트(120)의 적어도 일 부분이 바닥부(151)에 의해 지지되고, 재배 포트(120)의 다른 부분이 플랜지부(152)의 상단에 의해 지지됨으로써 재배 포트(120)가 경사지게 배치될 수 있다. 또한, 재배 포트(120)는 받침부(150)의 폭 방향(예: 도 3c의 좌우 방향)으로 한 쌍이 설치될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 재배 포트(120)는 다수 개의 관통 홀(예: 도 4b의 제1 관통 홀(124) 및 제2 관통 홀(125))을 통해 받침부(150)의 물을 재배 포트(120)에 수용된 배양토(또는 인공 토양) 또는 식물로 공급할 수 있다.
받침부(150)는 오목부(153)가 형성됨으로써 받침부(150)의 내부에 수용된 물의 수위를 조절할 수 있다. 예를 들어, 심지 재배만으로 생장이 가능하거나 또는 심지 재배가 적합한 식물은, 오목부(153)에만 물이 수용되도록 함으로써 심지를 통해서 재배 포트(120)로 물이 공급되도록 할 수 있다. 또한, 생장에 다수의 물이 필요하거나 또는 신속한 물의 공급이 중요한 식물은, 도시된 실시예와 같이 바닥부(151) 및 플랜지부(152)에 의해 형성된 영역까지 물을 채움으로써, 심지를 통해서 물을 공급함과 동시에 재배 포트(120)의 관통 홀을 통해 식물로 물을 공급할 수 있다.
도 3a 내지 도 4b를 참조하면, 재배 포트(120)는 식물이 재배될 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 재배 포트(120)는 바디부(121), 바디부(121)의 적어도 일 부분에서 돌출되며 내부 공간(123)이 형성된 포트부(122), 포트부(122)의 바닥면(또는 저면)에 형성된 다수의 관통 홀(124, 125)을 포함할 수 있다.
일 예로서, 재배 포트(120)는 화분 형상으로 마련되는 다수 개의 포트부(122)가 배지경양액재배 및 상토를 이용한 재배가 모두 가능한 구조로써, 잎채소 뿐만 아니라 뿌리 채소의 재배가 가능한 장점이 있다. 아울러, 포트부(122)가 다수 개의 관통 홀(124, 125)가 형성됨으로써 저면 관수에 적합하면서도 통기성을 동시에 확보할 수 있고, 이에 더해 심지 재배 또는 모세관 방식을 통해 물을 공급할 수 있는 차별화되는 효과를 갖는 구조를 제공할 수 있다.
포트부(122)는 바디부(121)와 연결되며, 하나의 바디부(121)에 복수 개의 포트부(122)가 구비될 수 있다. 포트부(122)는 바디부(121)로부터 돌출 형성되고, 상토와 같은 배양토가 채워지는 내부 공간(123)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 내부 공간(123)에 바이오차(biochar)를 혼합한 상토와 같은 배양토가 채워질 수 있고, 포트부(122)에 채워진 배양토가 식물이 생장할 수 있는 토양으로 제공될 수 있다. 재배 포트(120)는 일 예로서, 식물이 생장할 수 있는 화분으로 정의될 수 있다.
포트부(122)는 포트부(122)의 저면 또는 바닥면에 다수 개의 관통 홀(124, 125)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 다수 개의 관통 홀(124, 125)은 포트부(122)의 저면(또는 바닥면)과 측면 사이의 모서리에 형성된 제1 관통 홀(124) 및 포트부(122)의 저면(또는 바닥면)의 적어도 일 부분에 형성된 제2 관통 홀(125)을 포함할 수 있다. 일 예로서, 제1 관통 홀(124)은 재배 포트(120)가 받침부(150)에 안착될 때, 받침부(150)에 수용된 물이 직접적으로 포트부(122)의 내부 공간(또는 내부 공간에 수용된 배양토)으로 도입되는 경로를 형성할 수 있다. 예를 들어, 재배 포트(120)가 받침부(150)의 물(W)에 잠길 때, 상기 물(W)은 제1 관통 홀(124)을 통해 직접적으로 포트부(122)의 내부 공간(123)으로 도입될 수 있다. 일 예로서, 제2 관통 홀(125)은 심지(S)를 통한 심지 재배를 위한 구성일 수 있다. 예를 들어, 심지(S)는 물(W)에 잠긴 부분에서 나머지 부분으로 물을 흡수하여 전달하도록 구성된 실타래 또는 스펀지 등 다양한 수단으로 구성될 수 있다. 심지(S)는 일단이 물(W)에 잠기고, 타단이 제2 관통 홀(125)을 통해 포트부(120)의 내부 공간에 수용된 배양토에 배치될 수 있다. 이에 따라, 받침부(150)에 수용된 물은 심지(S)를 통해 포트부(122)의 내부 공간으로 공급될 수 있다.
한편, 재배 포트(120)는 제1 관통 홀(124) 중 물에 잠기지 않는 제1 관통 홀(124)이나 제2 관통 홀(125)을 통해 재배 포트(120)에 채워진 배양토가 공기와 직접적으로 닿도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 뿌리 식물의 뿌리 부분에 대해 공기가 원활하게 공급됨으로써 생장성이 향상될 수 있다.
도 1a 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 식물 공장 시스템(100)은 발광모듈(140) 및 승하강 장치(130)를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 발광모듈(140)은 LED 모듈(140)일 수 있다. LED 모듈(140)은 재배 포트(120)에서 생장하는 식물에 대해 빛을 조사하도록 구성될 수 있다. LED 모듈(140)은 플레이트(141) 및 플레이트(141)에 결합된 LED 유닛(142)을 포함할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
승하강 장치(130)는 LED 모듈(140)을 승하강시키도록 구성될 수 있다. 일 예로서, 승하강 장치(130)는 LED 모듈(140)을 상기 수직 프레임(111)의 길이 방향을 따라 상하 방향으로 이동시킬 수 있다.
승하강 장치(130)는 적어도 일 부분이 프레임부(110)에 회전 가능하게 지지되는 회전 축(131), 상기 회전 축(131)의 일단에 연결되며 상기 회전 축(131)을 상기 회전 축(131)의 축 방향으로 회전시키는 액츄에이터(132), 상기 회전 축(131)의 적어도 일 부분에 마련된 릴 유닛(133) 및 상기 릴 유닛(133)에 감기거나 또는 상기 릴 유닛(133)로부터 인출되는 라인 부재(134)를 포함할 수 있다.
한편, 도 1a 내지 도 1b는 개략도로서, 승하강 장치(130)가 프레임부(110)와 연결되지 않았지만, 승하강 장치(130)는 도 2와 같이 프레임부(110)에 연결 또는 결합될 수 있다. 다만, 이에 한정하지 않고, 승하강 장치(130)는 프레임부(110)가 아닌 식물 공장 시스템이 배치되는 건물 또는 구조물의 천정에 설치될 수도 있다.
회전 축(131)은 액츄에이터(132)에 의해 회전 축(131)의 축 방향으로 회전될 수 있다. 이에 따라, 회전 축(131)에 결합된 릴 유닛(133)는 회전 축(131)의 축 방향을 따라 회전될 수 있다. 일 예로서, 액츄에이터(132)는 회전 축(131)을 회전시키도록 구성된 모터로 마련될 수 있다.
라인 부재(134)는 일단이 릴 유닛(133)에 고정되고, 타단이 LED 모듈(140)에 고정될 수 있다. 예를 들어, 라인 부재(134)는 릴 유닛(133)의 회전에 따라 릴 유닛(133)에 감기면서 LED 모듈(140)을 상방으로 승강시키거나 또는 릴 유닛(133)의회전에 따라 릴 유닛(133)로부터 풀리면서 또는 인출되면서 LED 모듈(140)을 하방으로 하강시킬 수 있다. 일 예로서, 릴 유닛(133) 및 라인 부재(134)는 낚시대의 릴 장치와 같이 동작되는 것으로 정의 또는 해석될 수 있다.
LED 모듈(140)은 승하강 장치(130)에 의해 프레임부(110)의 길이 방향 또는 상하 방향으로 승하강될 수 있다. 이에 따라, 제한된 면적에서 버티컬 방식으로 재배되는 식물들에 대해 골고루 빛을 조사할 수 있는 장점이 있다.
LED 모듈(140)은 각각 한 세트를 이루는 복수 개의 프레임부(110) 사이에 각각 마련될 수 있다. 예를 들어, 하나의 LED 모듈(140)은 두 세트의 프레임부(110)에 배치된 재배 포트(120)들에 대해 빛을 조사함으로써, 제한된 공간 하에서 공간의 활용성이 증대되며 다수의 LED 모듈이 사용되지 않으므로 식물 공장 시스템(100)의 설치비가 절감될 수 있는 장점이 있다.
LED 모듈(140)은 승하강 장치(130)에 의해 승하강됨으로써 이와 인접한 식물들에 대해 빛을 조사할 수 있다. 한편, LED 모듈(140)은 식물 공장 시스템(100)의 설정에 따라 승하강되는 속도, 승하강 동작 중에서 정지 구간 또는 승하강 주기 등이 변경될 수 있다. 이에 따라, 각 식물에 생장 필요 환경에 따라 적절한 빛을 조사할 수 있는 장점이 있다. 또한, 식물들은 빛이 조사되는 곳의 위치가 지속적으로 변함으로써, 식물들이 자랄 때 줄기의 운동성이 증가되며 식물의 성장이 촉진될 수 있는 장점이 있다.
LED 모듈(140)은 플레이트(141) 및 플레이트(141)에 결합되는 다수 개의 LED 유닛(142)을 포함할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
도 5a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 발광모듈을 나타낸 도면이다. 도 5b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 도 5a의 A-A' 선을 절개한 단면도이다. 도 5c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 도 5a의 B-B' 선을 절개한 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 발광모듈(또는 LED 모듈)(140)은 플레이트(141) 및 플레이트(141)에 결합되는 다수 개의 LED 유닛(142)을 포함할 수 있다. 플레이트(141)는 열 전도율이 높은 알루미늄(Al) 재질로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
플레이트(141)는 일면 및 상기 일면과 반대 방향을 향하는 타면에 각각 LED 유닛(142)이 결합될 수 있다.
일 예로서, 플레이트(141)의 일면에 복수 개의 LED 유닛(142)가 설치되고, 플레이트(141)의 타면에 복수 개의 LED 유닛(142)가 설치될 수 있다.
복수 개의 LED 유닛(142)은 각각 회로 기판(142a), 상기 회로 기판(142a)에 실장된 복수 개의 LED 소자(142b), 및 상기 회로 기판(142a)과 복수 개의 LED 소자(142b)를 커버하도록 구성된 커버부(142c)를 포함할 수 있다.
회로 기판(142a)는 PCB(printed circuit board), FPCB(flexible PCB) 또는 RFPCB(rigid-flexible PCB) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 예로서, 회로기판(142a)은 회로 기판(142a)에 실장된 복수 개의 LED 소자(142b)로 전력 또는 전원을 공급하고, LED 소자(142b)를 제어하는 신호의 신호 경로를 형성할 수도 있다. 회로 기판(142a)는 케이블 또는 별도의 FPCB를 통해 전원부(미도시)로부터 전력을 공급받아 LED 소자(142b)로 공급할 수 있다. 또한, 회로 기판(142a)은 플레이트(141)의 일면 또는 타면에 결합될 수 있다.
LED 소자(142b)는 복수 개가 마련될 수 있다. 각각의 LED 소자(142b)는 서로 다른 파장 대역의 빛을 조사하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 식물의 생장 과정에서 다양한 파장 대역의 빛이 조사될 수 있으므로, 식물의 생장성이 향상될 수 있는 장점이 있다.
커버부(142c)는 회로 기판(142a) 또는 LED 소자(142b)를 커버하는 또는 둘러싸며, 회로 기판(142a) 또는 LED 소자(142b)가 파손되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 커버부(142c)는 일 예로서, 빛을 투광시키는 글라스 재질로 구비될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
본 발명의 식물 공장 시스템(100)은 LED 모듈(140)이 승하강 장치(130)에 의해 이동됨으로써, 제한된 공간 하에서 다수 개의 식물들에 대해 빛을 조사할 수 있다. 이에 따라, 제1 실재배 면적을 위한 고정식 LED 모듈을 사용하는 식물 공장 시스템과 비교하여, 본원 발명의 식물 공장 시스템(100)은 LED 모듈(140)을 상기 제1 실재배 면적과 동일 또는 유사 재배면적을 재배하기 위해 대략적으로 3분의 1 정도만 마련되어도 빛의 조사 효율을 충분히 확보할 수 있다. 이에 따라, 식물 공장 시스템(100)의 설치비 또는 전력 유지비가 절감될 수 있는 차별화되는 효과를 갖는다.
한편, LED 유닛(140)은 플레이트(141)의 일면 또는 타면에 각각 열 방향으로 6개가 마련될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 또한, LED 유닛(140)은 플레이트(141)의 일면 또는 타면에 각각 행 방향으로 4개가 마련될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
한편, LED 유닛(142)은 LED 유닛(142)으로 공급되는 전력량을 사용하여 LED 소자(142b)를 발광시키고(또는 빛을 조사하고), LED 소자(142b)에서 조사되는 빛 에너지 중에서 약 80% 내지 85%는 열 에너지(Thermal Energy)의 형태로 발산될 수 있다. 상기 열 에너지는, LED 유닛(142)으로부터 발생되는 열로 정의 및 해석될 수 있다. 한편, LED 유닛(142)으로부터 발생되는 열의 약 70%는 LED 유닛(142)의 후면(예: 회로 기판(142a) 중 플레이트(141)에 결합된 면)을 통해 플레이트로 전달, 발산 또는 확산되고, 나머지 약 30%는 전면(예: 발광모듈(140)의 바깥 방향을 향하는 면)으로 전달, 발산 또는 확산된다.
한편, LED 유닛(140)의 LED 소자(142b)에 열이 발생되므로, 이를 신속하게 냉각시키지 않는다면 LED 소자(142b)의 열 조사 효율이 저하될 우려가 있다. 이를 해결하기 위해, 본 발명의 LED 모듈(140)은 플레이트(141)의 내부를 경유하는 냉각수 라인(143)을 더 포함할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
도 5d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 플레이트와 냉각수 라인을 나타낸 단면도이다. 도 5e는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 플레이트와 냉각수 라인의 배치를 나타낸 도면이다.
도 5d 및 도 5e를 참조하면, LED 모듈(140)은 플레이트(141)의 내부를 경유하는 냉각수 라인(143)을 더 포함할 수 있다. 냉각수 라인(143)은 내부에 냉각수가 유통될 수 있다. LED 소자(142b)에서 발생하는 열은, 회로 기판(142a)을 통해 플레이트(141)로 전달될 수 있다. 플레이트(141)는 내부를 경유하는 냉각수 라인(143)에 유통되는 냉각수를 통해 LED 소자(142b)로부터 전달된 열을 냉각시킬 수 있다. 이에 따라, LED 소자(142b) 또는 회로 기판(142a)에 열이 누적되는 것을 방지하고, LED 소자(142b)의 열 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 냉각수 라인(143)을 통해 LED 유닛(142)의 열을 냉각시키거나 또는 적절히 배출함으로써, LED 유닛(142)으로부터 발산된 열 에너지에 의해 재배 시설(또는 실내 공간, 재배 공간)의 실내온도가 높아지는 것을 방지하고, 재배 시설의 실내온도가 연중 약 23℃ 내지 25℃를 유지할 수 있도록 할 수 있다. 이에 따라, 식물 성장을 위한 재배 시설의 실내온도가 적합한 온도로 유지됨으로써, 식물 성장이 멈추거나 정체되는 것이 방지될 수 있다.
냉각수 라인(143)은 도 5e에 도시된 바와 같이 플레이트(141)의 내부를 지그재그 형상으로 경유할 수 있다. 일 실시예에서, 냉각수 라인(143)은 실질적으로 LED 유닛(142)과 상응하는 영역에서는 일 방향으로 연장되도록 구성됨으로써 LED 유닛(142)과 가까운 영역에서 냉각수가 유통되도록 할 수 있다.
도 5d를 참조하면, 냉각수 라인(143)은 외주면 중 적어도 일 부분이 스파이럴(spiral) 형상 또는 요철부 형상(143a)을 가질 수 있다. 이에 따라, 냉각수 라인(143)은 제한된 직경 또는 원지름 내에서 플레이트(141)와 접촉하는 면적이 증가될 수 있다. 이에 따라, 냉각수 라인(143)과 플레이트(141)의 열교환 효율이 증대되는 장점이 있다.
일 실시예에 따르면, 냉각수 라인(143)은 열교환 효율이 높은 파이프로 구비될 수 있으나, 이에 한정하지 않고 냉각수 또는 냉각 매체를 유통시켜 LED 소자(142b)로부터 발생하는 열을 냉각시킬 수 있는 다양한 수단으로 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 냉각수 라인(143)에 의해 LED 모듈(140)에 열이 누적되는 것을 방지함으로써, 식물 공장 시스템(100)이 구비된 공간의 내부에서 상부와 하부 공간 사이의 온도 차이가 심해지는 온도 성층화 문제를 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 5f는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, LED 모듈의 해충 방지 구조를 나타낸 도면이다. 도 5g는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 해충 방지 구조의 분해 사시도이다.
도 5f 내지 도 5g를 참조하면, LED 모듈(140)은 플레이트(141)의 적어도 일 부분에 삽입되도록 구성된 해충 방지 구조(145)를 더 포함할 수 있다. 해충 방지 구조(145)가 삽입되기 위해, 플레이트(141)는 적어도 일 부분에 함몰 형성된 홈 또는 슬롯을 포함할 수 있다.
해충 방지 구조(145)는, 일측이 개방된 하우징(145c), 하우징(145c)에 내장된 우루시올 함유물(145b) 및 하우징(145c)의 개방된 부위를 커버하고, 적어도 하나의 통공을 포함하는 커버 부재(145a)를 포함할 수 있다.
해충 방지 구조(145)의 우루시올 함유물(145b)은 옻 분말 또는 옻 액을 포함하는 함유물이 정제된 환 또는 알약 형상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 우루시올 함유물(145b)은 우루시올 성분을 포함할 수 있다. 우루시올 성분은 옻나무의 껍질에서 나는 페놀성 물질로, 우루시올 성분은 해충 방지 효과를 가진다. 우루시올 함유물(145b)은 제형 타입, 젤리형 타입 또는 액상 타입 중 적어도 어느 하나로 마련될 수 있다. 우루시올 함유물(145b)의 성분은 실리콘과, 옻 성분을 포함할 수 있다. 한편, 우루시올 함유물(145b)의 성분은 이에 한정하지 않고 다양한 성분으로 마련될 수 있다. 일 예로, 우루시올 함유물(145b)의 제조시, 실리콘과 옻액 또는 옻분말을 1 : 0.4 내지 0.6의 중량비율로 혼합하여 55 ℃에서 20 내지 25분간 가열하여 제조할 수도 있다.
우루시올 함유물(145b)로부터 발생된 우루시올 성분을 포함하는 기체는 해충이 기피하는 기체에 해당된다. 이 때, 우루시올 성분을 포함하는 기체는 커버 부재(145a)의 통공을 통해 해충 방지 구조(145)로부터 방출될 수 있다. 한편, 해충 방지 구조(145)는 플레이트(141)에 삽입되므로, LED 소자(142b)로부터 발생하는 열이 전달되고, 이에 따라 상기 전달된 열로 인해 우루시올 함유물로부터 보다 원활하게 우루시올 성분을 포함하는 기체가 형성되고, 상기 기체의 확산성이 충분히 확보될 수 있다.
방출된 우루시올 성분을 포함하는 기체는 해충 방지 구조(145)가 설치된 플레이트(141)로부터 확산될 수 있다. 이에 따라, 식물 공장 시스템(100)은, 식물 공장 시스템(100)이 배치된 건물의 외부에서 내부로 해충이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 하우징(145c)는 하우징(145c)의 측면들의 모서리가 곡면 형상으로 함몰 형성되는 곡면부(145c-1)가 형성될 수 있다. 상기 곡면부(145c-1)는 플레이트(141)에 형성된 홈과의 사이에서 소정의 공간을 형성할 수 있다. 상기 소정의 공간으로 외부의 공기가 유입될 수 있고, 이에 따라 플레이트(141)의 깊숙한 부분에도 공기가 도달함으로써 플레이트(141)는 적어도 일 부분이 공냉될 수 있는 효과를 갖는다. 한편, 커버 부재(145a)도 하우징(145c)의 곡면부(145c-1)와 대응하는 곡면부(145a-1)가 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 식물 공장 시스템의 냉각 시스템을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 식물 공장 시스템(100)은 냉각 시스템(160)을 더 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 냉각 시스템(160)은 냉각 장치(161), 저온 탱크(162), 및 쿨러(163)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 냉각 장치(161)는 저온 탱크(162)에 저장된 저온수 또는 냉각수를 냉각시키도록 구성될 수 있다. 일 예로서, 냉각 장치(161)는 내부에 냉매가 순환되는 냉매 라인을 포함하는 냉각 장치일 수 있고, 냉매 라인의 적어도 일 부분(예: 증발기와 같은 냉각 코어)이 저온 탱크(162)의 내부에 삽입되거나 또는 저온 탱크(162)의 외면에 직간접적으로 연결되어 저온 탱크(162)에 수용된 냉각수 또는 저온수를 냉각시킬 수 있다. 한편, 냉각 장치(161)의 구성은 전술한 것에 한정하지 않으며, 탱크에 수용된 냉각수 또는 저온수를 냉각시킬 수 있는 공지된(또는 주지관용기술인) 다양한 냉각 장치로 변형되어 실시될 수도 있다.
저온 탱크(162)는 냉각된 냉각수 또는 저온수의 물을 냉각수 라인(143)으로 유통할 수 있다. 예를 들어, 저온 탱크(162)는 냉각수 라인(143)의 일단으로 냉각수를 공급하고, 냉각수 라인(143)을 경유한 또는 순환한 냉각수가 냉각수 라인(143)의 타단을 통해 저온 탱크(162)로 다시 공급 또는 복귀될 수 있다. 저온 탱크(162)의 냉각된 냉각수 또는 저온수는, 식물 공장 시스템(100)의 재배 공간(또는 실내 공간) 또는 발광모듈(140)(또는 LED 모듈(140))을 냉각시키기 위해 활용될 수 있다.
일 실시예에서, 냉각수 라인(143)은 발광모듈(140)(또는 LED 모듈(140))의 플레이트(141)를 경유할 수 있고, 이에 따라 저온 탱크(162)로부터 공급된 냉각수는 발광모듈(140)(또는 LED 모듈(140))을 냉각시킬 수 있도록 구성된다.
쿨러(163)는 프레임부(110)의 상방(또는 건물의 내부 공간에서 상방)에 설치될 수 있다. 예를 들어, 쿨러(163)는 주변 공기를 흡입하여 배출하는 냉각 팬을 포함할 수 있다. 한편, 쿨러(163)(예: 도 9의 쿨러(1400) 또는 도 11의 쿨러(800))는 도 11에 도시된 바와 같이, 쿨러(163)(또는 도 11의 쿨러(800))로 유입되는 공기의 경로 상에 냉각수 라인(143)이 경유하도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 냉각된 냉각수가 흐르는 냉각수 라인(143)의 적어도 일 부분과 쿨러(163)가 중첩 배치됨으로써, 쿨러(163)로 유입되는 공기가 냉각수 라인(143)의 적어도 일 부분과 냉각됨으로써, 쿨러(163)로부터 보다 냉각된 공기가 토출될 수 있다. 이에 따라, 쿨러(163)로부터 토출되는 공기가 도달하는 영역은 보다 빠르게 냉각되도록 조절되는 장점이 있다.
쿨러(163)는 발광모듈(140)의 상방에 설치되거나 또는 복수 개의 프레임부(110) 사이 공간의 상방에 설치될 수 있다. 이에 따라, 쿨러(163)로부터 토출되는 냉각된 공기는 발광모듈(140)을 직접적으로 냉각시키거나 또는 식물 공장 시스템(100)의 재배 공간의 온도를 적절히 냉각시킬 수 있다.
본 발명의 식물 공장 시스템(100)은 냉각 시스템(160)의 저온 탱크(162)로부터 공급된 냉각수가 냉각수 라인(143)을 경유하며 발광 모듈(140)(또는 LED 모듈(140))을 냉각시킬 수 있다. 한편, 도시되지는 않았으나, 냉각수 라인(143) 상에서 냉각수가 유통되도록 하는 구동력을 제공하는 펌프(미도시)가 냉각수 라인(143) 또는 저온 탱크(162)에 마련될 수 있다.
도 7은 본 발명의 주된 실시예에 따른, 받침부를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 받침부(159)는 바닥부(159a), 바닥부(159a)의 양단에서 상방으로 돌출 형성된 플랜지부(159b), 바닥부(159a)의 적어도 일 부분에서 다른 부분보다 함몰 형성된(또는 오목하게 형성된) 제1 오목부(159c) 및 제1 오목부(159c)와 공간적으로 분리되도록 바닥부(159a)에 형성되고, 바닥부(159a)의 다른 부분보다 함몰 형성된(또는 오목하게 형성된) 제2 오목부(159d)를 포함할 수 있다. 일 예로서, 도 7의 받침부(159)는 복수의 오목부(159c, 159d)가 형성됨으로써 다음과 같은 효과를 가질 수 있다. 제1 오목부(159c)는 일반수가 수용됨으로써, 재배 포트(120)에 심지 방식으로 상기 일반수를 공급하는 부분으로 구성될 수 있다. 제2 오목부(159d)는 제1 오목부(159c)와 공간적으로 분리되는 오목부로서, 상기 제2 오목부(159d)는 비료 또는 생장에 필요한 양분이 함유된 물이 수용될 수 있다. 상기 제2 오목부(159c)는 비료 또는 생장에 필요한 양분이 함유된 물이 수용됨으로써, 재배 포트(120)에 심지 방식으로 상기 비료 또는 양분이 함유된 물을 공급하는 부분으로 구성될 수 있다. 이에 따라, 사용자는 적절하게 제2 오목부(159c)에 기르는 작물 또는 식물에 대한 필요한 양분이 적절하게 함유된 물을 공급할 수 있고, 이에 따라 식물의 생장성이 향상될 수 있다. 또한, 식물 공장 시스템(100)의 사용자가 기르는 식물 또는 작물에 따라 제2 오목부(159c)에 공급되는 물의 양분을 조절할 수 있으므로, 재배 환경 변화 또는 재배 작물, 식물의 변화에 따라 적절하게 대응할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 식물 공장 시스템(100)의 받침부는 도 7에 도시된 받침부(159)가 바람직한 실시예 또는 주된 실시예일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 본 발명의 식물 공장 시스템(100)의 받침부는 도 4c에 도시된 받침부(150) 또는 도 8a 내지 도 8b의 도시된 받침부(155)로 치환되거나 또는 변형되어 실시될 수도 있고, 이에 더해 본 발명의 받침부의 주요 목적인 재배 포트(120)를 지지하며 재배 포트(120) 또는 재배 포트(120)에서 생장하고 있는 식물에 대해 물을 공급할 수 있는 다양한 형상 또는 구조를 갖는 받침부로 변형되어 실시될 수도 있다.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명의 다른 실시예(또는 대안 실시예)에 따른, 받침부(155)를 나타낸다. 도 8a 내지 도 8b를 참조하면, 받침부(155)는 바닥부(156), 바닥부(156)의 양단에서 상방을 향해 돌출 형성된 플랜지부(157), 바닥부(156)의 적어도 일 부분에서 다른 부분보다 오목하게 형성된 오목부(158), 바닥부(156)의 또 다른 부분에서 나머지 부분보다 높게 형성된 단차부(159a) 및 상기 단차부(159a)에 형성된 유통 홀(159b)을 포함할 수 있다. 받침부(155)는 물이 수용될 수 있고, 재배 포트(120)가 배치 또는 안착될 수 있다.
받침부(155)는 바닥부(156)의 일 부분보다 높게 형성된 또는 돌출되게 형성된 단차부(159a)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 단차부(159a)는 바닥부(156)로부터 상방을 향해 연장된 부분으로 정의되거나 또는 바닥부(156)의 일 부분보다 높게 형성된 부분으로 정의될 수 있다.
받침부(155)는 단차부(159a) 및 이에 연결된 바닥부(156)의 적어도 일 부분에 관통 형성된 유통 홀(159b)을 더 포함할 수 있다.
복수 개의 받침부(155A, 155B, 155C)는 상하 방향으로 서로 이격되도록 배치되고, 복수 개의 받침부(155A, 155B, 155C)는 각각 인접하는 받침부와 유통 홀(159b)가 중첩되지 않도록 배치될 수 있다.
이에 따라, 가장 위의 받침부(155A)에 물이 수용될 때, 오목부(158)로부터 물이 차오르면서 단차부(159a)와 바닥부(156)가 형성하는 영역으로 물이 차오르게 된다. 이후, 단차부(159a)보다 물의 수위가 높아지면, 유통 홀(159b)을 통해 아래의 받침부(155B)로 물이 유통 또는 낙하될 수 있다(Z1).
이 때, 아래의 받침부(155B)와 가장 위의 받침부(155A)의 유통 홀(159b)이 중첩되지 않으므로, 아래의 받침부(155B)는 다시 오목부(158)부터 물이 차오르며 단차부(159a)보다 물의 수위가 높아지면, 유통 홀(159b)을 통해 그 아래의 받침부(155C)로 물이 유통 또는 낙하될 수 있다(Z2). 또한, 가장 아래의 받침부(155C)에서도 전술한 물의 흐름 과정이 반복될 수 있다(Z3).
이에 따라, 가장 위의 받침부(155A)에만 물을 공급하여도, 그 아래에 받침부(155B, 155C)로 물이 공급되므로, 각각의 받침부(155A)에 별도의 워터 공급부(미도시)가 마련될 필요가 없으므로, 식물 공장 시스템(100)의 설치비가 감소하는 장점이 있다. 한편, 유통 홀(159b)들이 형성된 위치는, 재배 포트(120)에 의해 점유되지 않도록 재배 포트(120)의 위치를 적절하게 설정하여 물의 유통 과정(Z1, Z2, Z3)이 방해받지 않도록 할 수 있다. 또한, 재배 포트(120)가 단차부(159a)와 바닥부(156)에 의해 형성된 공간에 수용된 물에 직접적으로 잠기면서도 전술한 바와 같은 수위 조절 효과가 구현되는 차별화되는 효과를 갖는다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 식물 공장 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 9를 참조하면, 식물 공장 시스템(1000)(예: 도 1 내지 도 8의 식물 공장 시스템(100))은, 전술한 도 1 내지 도 8의 구성요소들을 포함하며, 이에 더해 온도센서(1100), LED 모듈(1200)(예: 도 1 내지 도 8의 LED 모듈(140)), 제어부(1300), 쿨러(1400)(예: 도 1 내지 도 8의 쿨러(163)), 수위센서(1500) 및/또는 워터공급부(1600)를 더 포함할 수 있다.
온도센서(1100)는 식물 공장 시스템(1000)이 설치된 건물의 내부공간의 내부 온도를 측정하도록 구성될 수 있다. 온도센서(1100)는 프레임부(110)에 설치되거나 또는 건물의 내부 온도를 측정하기 위한 다양한 곳에 설치될 수 있다. 이에 따라, 사용자가 기르는 식물 또는 작물의 적절한 생장 온도를 구현할 수 있다. 온도센서(1100)로부터 측정된 건물의 내부공간의 내부 온도는 제어부(1300)를 통해 사용자 디바이스(810)으로 전송될 수 있다. 일 예로서, 제어부(1300)는 프로세서 및 메모리를 포함하고, 이에 더해 사용자 디바이스(810)와 무선 통신 또는 블루투스 통신을 통해 연결되기 위한 통신 모듈을 더 포함할 수 있다.
사용자는 온도센서(1100)로부터 측정된 건물의 내부 온도를 식물 공장 시스템(1000)과 연동된 자신의 사용자 디바이스(810)(예: 스마트폰 또는 컴퓨터)를 통해 전달받을 수 있고, 이에 따라 내부 온도가 적절하지 않는다고 판단되면 건물의 내부 온도를 적절하게 조절할 수 있다. 예를 들어, 건물의 내부 온도가 적절한 온도보다 높다면, 사용자 디바이스(810) 및 이와 연동된 제어부(1300)를 통해 쿨러(1400)를 동작시켜 건물의 내부 온도를 낮추도록 조절할 수 있다. 한편, 이와 같은 동작들은 사용자가 직접 수행하는 것에 한정하는 것은 아니며, 제어부(1300)는, 제어부(1300)에 기 저장된 적절한 온도 정보 값보다 높은 온도가 온도 센서(1100)를 통해 측정되는 경우, 쿨러(1400)를 동작시키도록 설정될 수도 있다.
수위센서(1500)는 받침부(150)에 수용된 물의 수위를 측정하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 수위센서(1500)는 받침부(150) 또는 프레임부(110)에 설치될 수 있다. 한편, 수위센서(1500)로부터 측정된 물의 수위 정보는 사용자에게 제어부(1300) 및 사용자 디바이스(810)를 통해 전달될 수 있다. 이에 따라, 사용자가 기르는 작물 또는 식물을 위한 물의 수위가 적절한 수위보다 낮다고 판단한 경우, 사용자는 사용자 디바이스(810) 및 제어부(1300)를 통해 워터공급부(1600)를 동작시켜 물의 수위를 조절할 수 있다. 한편, 이와 같은 동작들은 사용자가 직접 수행하는 것에 한정하는 것은 아니며, 제어부(1300)는, 제어부(1300)에 기 저장된 적절한 수위 정보 값보다 낮은 수위가 수위 센서(1500)를 통해 측정되는 경우, 워터공급부(1600)를 동작시키도록 설정될 수도 있다.
쿨러(1400)는 프레임부(110)의 상방 또는 건물의 천정에 설치되는 냉각팬으로 구성될 수 있다. 이에 따라, 쿨러(1400)는 재배 포트(120) 또는 LED 모듈(1200)을 향해 차가운 공기를 분사하도록 구성될 수 있다. 쿨러(1400)는 LED 모듈(1200)에서 발생하는 열을 직접적으로 냉각시키는 공냉식 냉각 장치로 기능할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
워터공급부(1600)는 미온수 또는 일반수가 저장된 탱크(미도시)와 연결될 수 있고, 상기 탱크로부터 받침부(150)로 상기 미온수 또는 일반수를 공급할 수 있는 다양한 수단을 포함할 수 있다. 일 예로서, 워터공급부(1600)는 파이프 및 펌프를 포함할 수 있다.
제어부(1300)는 LED 모듈(1200) 및 승하강 장치(130)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 기르는 식물 또는 작물에 대해 적절한 파장대역을 갖는 빛을 조사하도록 해당 적절한 파장대역을 갖는 LED 소자만을 발광시키도록 LED 모듈(1200)을 제어하거나 또는 LED 모듈(1200)의 발광 시간을 제어할 수 있다. 또한, 승하강 장치(130)를 제어함으로써 LED 모듈(1200)의 승하강 속도, 승하강 주기 또는 승하강 과정 중에서 정지되는 구간을 제어할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 식물 공장 시스템의 온도 컨트롤러를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 온도 컨트롤러(700)는 식물 공장 시스템(100 또는 1000)이 설치된 건물의 내부 공간에 배치될 수 있다. 또한, 온도 컨트롤러(700)는 식물 공장 시스템(100 또는 1000)의 다수 영역에 각각 배치된 재배 포트(120)의 온도 또는 인접한 공간의 온도를 표시하는 다수의 표시 패널(710)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 하나의 온도 컨트롤러(700)를 통해서 다수 영역에 각각 배치된 재배 포트(120) 또는 인접한 공간의 온도를 용이하게 파악이 가능하고, 이에 따라 이상 온도가 감지된 영역에 대해 적절한 조치를 취할 수 있다. 한편, 온도 컨트롤러(700)는 전술한 쿨러(1400)를 제어하는 버튼을 더 포함할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 식물 공장 시스템의 쿨러를 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 쿨러(800)(예: 도 9의 쿨러(1400))는 건물의 내부 공간에서 상방에 설치될 수 있다. 예를 들어, 쿨러(800)는 주변 공기를 흡입하여 배출하는 냉각 팬을 포함할 수 있다. 한편, 쿨러(800)는 쿨러(800)로 유입되는 공기의 경로상에 냉각수 라인(143)이 경유하도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 냉각된 냉각수가 흐르는 냉각수 라인(143)의 적어도 일 부분과 쿨러(800)가 중첩 배치됨으로써, 쿨러(800)로 유입되는 공기가 냉각수 라인(143)의 적어도 일 부분과 열교환되어 냉각됨으로써, 쿨러(800)로부터 보다 냉각된 공기가 토출될 수 있다. 이에 따라, 쿨러(800)로부터 토출되는 공기가 도달하는 영역은 보다 빠르게 온도가 냉각되도록 조절되는 장점이 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른, 식물 공장 시스템(1000)을 나타낸 도면이다. 도 12를 참조하면, 프레임부에 설치된 받침부, 받침부에 안착되며 식물 또는 작물이 생장하고 있는 재배 포트, 재배 포트를 향해 빛을 조사하는 LED 모듈 및 LED 모듈을 승하강시키는 승하강 장치가 도시된다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100, 1000: 식물 공장 시스템
110: 프레임부
120: 재배 포트
130: 승하강 장치
140: 발광모듈(LED 모듈)
150: 받침부

Claims (5)

  1. 빛의 조사 효율이 향상된 식물 공장 시스템에 있어서,
    상하 방향으로 연장 형성된 수직 프레임 및 상기 수직 프레임에 결합되고 상기 수직 프레임에 대해 수직한 방향으로 연장 형성된 수평 프레임을 포함하는 프레임부;
    상기 수평 프레임의 상면에 배치되고, 식물이 생장하기 위한 물이 수용되는 받침부;
    상기 받침부에 안착되고, 식물이 생장하기 위한 배양토가 수용되고, 상기 받침부에 수용된 물이 공급되도록 구성된 재배 포트;
    식물이 생장하기 위한 빛을 상기 재배 포트를 향해 조사하도록 구성된 발광모듈; 및
    상기 프레임부에 설치되고, 상기 발광모듈을 상기 상하 방향으로 이동시키도록 구성된 승하강 장치;를 포함하고,
    상기 승하강 장치는,
    상기 발광모듈을 상기 상하 방향으로 반복적으로 이동시킴으로써, 상기 발광모듈이 상기 상하 방향으로 이격 배치된 복수 개의 상기 재배 포트에 대해 빛을 조사하도록 안내하고,
    상기 프레임부에서, 상기 수평 프레임은 복수 개로 마련되고, 상기 복수 개의 수평 프레임은 상기 수직 프레임의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 설치되고,
    상기 받침부는, 각각의 상기 프레임부에서 지면에 수직한 방향을 따라 복수 개로 마련되고,
    상기 프레임부는 복수 개로 마련되고, 상기 복수 개의 프레임부는 수평 방향으로 이격 배치되고,
    상기 발광모듈은, 상기 복수 개의 프레임부 중 인접한 두 개의 프레임부 사이에 한 개씩 마련되어, 상기 승하강 장치에 의해 상기 프레임부의 전체 높이를 따라 이동하며 상기 인접한 두 개의 프레임부에 배치된 상기 재배 포트를 향해 빛을 조사하고,
    상기 재배 포트는, 상기 발광모듈을 향해 상기 받침부에 대해 경사지도록 배치되는 것인, 식물 공장 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 받침부는,
    상기 수평 프레임을 따라 연장 형성된 바닥부;
    상기 바닥부의 적어도 일 부분에서 상기 바닥부의 다른 부분보다 함몰 형성된 제1 오목부;
    상기 제1 오목부와 공간적으로 분리되도록 상기 바닥부에 형성되고, 상기 바닥부의 다른 부분보다 함몰 형성된 제2 오목부; 및
    상기 바닥부의 양단에서 상방을 향해 연장 형성된 플랜지부;를 포함하고,
    상기 재배 포트는,
    바디부;
    상기 바디부의 적어도 일 부분에서 상기 바디부의 다른 부분보다 함몰 형성된 포트부; 및
    상기 포트부에 형성된 적어도 하나의 관통 홀로서, 상기 받침부에 수용된 물이 상기 포트부로 유입되도록 구성된 적어도 하나의 관통 홀;을 포함하는 식물 공장 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 승하강 장치는,
    적어도 일 부분이 상기 프레임부에 회전 가능하게 지지되는 회전 축;
    상기 회전 축의 일단에 연결되고, 상기 회전 축을 상기 회전 축의 축 방향으로 회전시키도록 구성된 액츄에이터;
    상기 회전 축에 연결된 릴 유닛; 및
    상기 릴 유닛에 감기거나 또는 상기 릴 유닛으로부터 인출되고, 상기 발광모듈에 연결된 라인 부재;를 포함하는 식물 공장 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 발광모듈은 LED 모듈로 구성되고,
    상기 LED 모듈은,
    플레이트;
    상기 플레이트에 결합되는 회로 기판;
    상기 회로 기판에 실장되고, 식물에 대해 빛을 조사하도록 발광되는 LED 소자;
    상기 회로 기판과 상기 LED 소자를 커버하도록 구성된 커버부; 및
    상기 플레이트의 내부를 경유하도록 구성되고, 내부에 냉각수가 유통되고, 상기 LED 소자로부터 발생하는 열을 냉각시키도록 구성된 냉각수 라인;을 포함하는 식물 공장 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 LED 모듈은,
    해충 방지 구조;를 더 포함하고,
    상기 해충 방지 구조는,
    적어도 일 부분이 상기 플레이트에 삽입되고, 일측이 개방되도록 구성된 하우징;
    상기 하우징의 내부에 수용되는 우루시올 함유물; 및
    상기 하우징의 개방된 부분을 커버하고, 적어도 하나의 통공이 형성된 커버 부재;를 포함하는 식물 공장 시스템.
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